Присадибний когенераційний вітропарк

Реферат: Присадибний когенераційний вітропарк містить декілька вітротеплових установок з вітродвигуном та індукційним перетворювачем енергії вітру в теплоту, який складається з дискових магнітопроводів з зубчастою будовою прилеглих поверхонь і індукційними обмотками збудження в кільцевих канавках, металевого дискового ротора, розташованого співвісно з дисковими магнітопроводами в ємності з теплоакумулюючою рідиною, з можливістю вільного обертання між ними, з'єднаного кінематично з валом вітродвигуна. Додатково містить принаймні один автономний вітроелектрогенератор, обмотки збудження кожного індукційного перетворювача енергії вітру в теплоту через випрямляч і регулятор потужності приєднані до статорної обмотки вітроелектрогенератора. UA 95186 U (12) UA 95186 U UA 95186 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Пропонована корисна модель належить до вітроенергетики, а саме - до комбінованого перетворення енергії вітру в інші корисні форми. Відома вітротеплова установка, до складу якої входить електронагрівач, дія якого заснована на збудженні вихрових струмів. Вертикально розташований ротор електронагрівача приводиться в обертання від горизонтального вала крильчастого вітродвигуна через конічний редуктор, розміщеними на даху житлового будинку [Пат. 4421967 США, МКИ Н05В6/06, F03D9/00, опубл. 20.12.83]. Недоліком названої установки є її низька надійність і негативний вплив на самопочуття мешканців із-за розташування конструкції на даху житлового будинку. Найбільш близьким аналогом пристрою, що заявляється, вибраним як прототип, є присадибна вітротеплова установка, що містить поворотну головку з вітроколесом на горизонтальному валу, механізм для установки вітроколеса на вітер, встановлені на вершині ґратчастої вежі, вертикальний вал, з'єднаний кінематично через конічний редуктор з горизонтальним валом вітроколеса, індукційний перетворювач енергії вітру в теплоту (ІПЕВТ), який складається з дискових магнітопроводів з зубчастою будовою прилеглих поверхонь і індукційними обмотками збудження в кільцевих канавках, металевого дискового ротора, розташованого співвісно між дисковими магнітопроводами в ємності з теплоакумулюючою рідиною, з'єднаного кінематично з валом вітроколеса [Пат. 61502 Україна, МПК F03D1/06, F03D9/00, опубл. 25.07.2011, бюл. № 14]. Недоліком відомої присадибної вітроустановки є потреба в незалежному джерелі збудження ІПЕВТ, що знижує її надійність, загальний ККД, продуктивність та економічність. В основу корисної моделі поставлена технічна задача створення присадибного когенераційного вітропарку за рахунок додаткового введення принаймні одного автономного вітроелектрогенератора на декілька вітротеплових установок. За рахунок цього забезпечується комбіноване виробництво теплової і електричної енергії, збільшується надійність роботи вітропарку, загальний ККД, а отже його продуктивність та економічність. Поставлена задача вирішується тим, що присадибний когенераційний вітропарк, що містить декілька вітротеплових установок з вітродвигуном та ІПЕВТ, який складається з дискових магнітопроводів з зубчастою будовою прилеглих поверхонь і індукційними обмотками збудження в кільцевих канавках, металевого дискового ротора, розташованого співвісно з дисковими магнітопроводами в ємності з теплоакумулюючою рідиною, з можливістю вільного обертання між ними, з'єднаного кінематично з валом вітродвигуна, згідно з корисною моделлю, додатково містить принаймні один автономний вітроелектрогенератор, обмотки збудження кожного ІПЕВТ через випрямляч і регулятор потужності приєднані до статорної обмотки вітроелектрогенератора. В іншій конкретній формі виконання використаний багатополюсний синхронний електрогенератор із збудженням від постійних магнітів. Використання багатополюсного синхронного електрогенератора дозволяє обійтися без додаткового мультиплікатора, що зменшує момент зрушення і збільшує ККД, а збудження від постійних магнітів дозволяє обійтися без додаткового електромашинного збуджувача, що підвищує надійність і загальний ККД вітроелектрогенератора. Таким чином, запропонована корисна модель забезпечує надійність і економічність теплозабезпечення. Технічна суть і принцип роботи запропонованого присадибного когенераційного вітропарку пояснюється графічним матеріалом: - на фіг. 1 подана схема пристрою присадибної вітротеплової установки з розрізом ІПЕВТ; - на фіг. 2 - загальний вигляд металевого дискового ротора ІПЕВТ; - на фіг. 3 - вітроелектрогенератор; - на фіг. 4 - конструкція багатополюсного синхронного електрогенератора на постійних (неодимових) магнітах. - на фіг. 5 - схема приєднання обмоток збудження ІПЕВТ до статорних котушок синхронного електрогенератора. Присадибний когенераційний вітропарк містить декілька вітротеплових установок (фіг. 1) з вітродвигуна 1 та ІПЕВТ 2, який складається з нерухомих дискових магнітопроводів 3, 4 з зубчастою будовою прилеглих дзеркально розташованих торцевих поверхонь і індукційними обмотками збудження 5 в кільцевих канавках 6 кожного дискового магнітопроводу 3, 4. На вихідному валу 7 ІПЕВТ 2 жорстко закріплений металевий дисковий ротор 8 з можливістю вільного обертання між нерухомими, співвісно розташованими дисковими магнітопроводами 3,4 в ємності у вигляді циліндричного резервуара 9 з теплоакумулюючою рідиною. Вал 10 вітродвигуна 1 через кінематичну передачу 11 з'єднаний з вихідним валом 7 ІПЕВТ 2. Вітропарк 1 UA 95186 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 додатково містить, принаймні один автономний вітроелектрогенератор 12 (фіг. 3), який складається з вітродвигуна 13 і синхронного електрогенератора 14, з'єднаних валом 15. Конструктивна схема багатополюсного синхронного електрогенератора подана на фіг. 4 і складається із двох сталевих обертових дисків 16 зовнішнього ротора із закріпленими на них неодимовими магнітами 17 й нерухомого статора з котушками 18 без осердя (що виключає залипання ротора 8). Магніти 7 встановлені з полярністю, що чергується, тому кількість магнітних полюсів синхронного електрогенератора 14 повинна бути парною. Магніти 17 обох дисків 16 спрямовані один до одного різнойменними полюсами. Між магнітами 17 дисків 16 у повітряному зазорі створюється магнітний потік Ф, що проходить через котушки 18 нерухомого статора. Диски 16 ротора з'єднані з валом 15 вітродвигуна 13 й, обертаючись, збуджують своїми магнітними силовими лініями ЕРС у котушках 18 статора. До статорних котушок 18 синхронного електрогенератора 14 приєднані електроспоживачі (на схемі не показані) і через випрямляч 19 та регулятор 20 - обмотки збудження 5 кожного ІПЕВТ. Металевий/дисковий ротор 8 виконаний із маловуглецевої сталі з високою магнітною проникливістю, покритий з обох боків шаром матеріалу 3 високою електропровідністю і оснащений радіальними лопатями 21. Магнітопроводи 3, 4 і дисковий ротор 8 установлені співвісно і поміщені в циліндричний резервуар 9 з вхідним 22 та вихідним 23 патрубками. Резервуар 9 виготовлений із немагнітного матеріалу, наприклад із термопластика, і заповнений рідиною. Радіальні лопаті 21 розташовані симетрично на ободі металевого дискового ротора 8 під кутом до спільної вертикальної осі з робочим зусиллям в напрямку до вихідного патрубка 23. В прилеглих торцях дискових магнітопроводів 3, 4 виконані радіальні пази 24 з постійним кроком і шириною утворених радіальних зубців 25, рівною ширині пазів 24. Зубчасті поверхні прилеглих торців нижнього 3 і верхнього 4 магнітопроводів розташовані дзеркально (тобто зуб проти зуба, а паз проти паза), а їхні індукційні обмотки 5 збуджені постійним струмом в одному напрямку. Дискові магнітопроводи 3, 4 закріплені в циліндричному резервуарі 9 на опорах 26. Покриття сталевого дискового ротора 8 з обох боків шаром матеріалу з високою електропровідністю усуває його залипання, сприяє збільшенню вихрових струмів в поверхневій частині дискового ротора 8 і більш інтенсивній тепловіддачі. Виконання ємності з теплоакумулюючою рідиною циліндричною, і розташування на ободі дискового ротору лопатей під кутом до спільної осі з робочим зусиллям до вихідного патрубка забезпечує додаткове переміщення рідини і її тепловіддачу, що сприяє скорішому обігріву об'єкта. Пристрій працює таким чином. Від вітрового потоку вітродвигуни 1 приводять в дію свої ІПЕВТ, а вітродвигун 12 свій синхронний багатополюсний електрогенератор 14, до статорних котушок якого приєднані обмотки збудження 5 усіх ІПЕВТ. Дискові магнітопроводи 3, 4 намагнічуються магнітним полем збудження в одному напрямі. Із-за зубчастої будови торців магнітопроводів 3, 4 магнітний потік в зазорі буде неоднорідним. Таким чином, дисковий ротор 8, покритий з обох боків шаром міді чи алюмінію, при обертанні буде переміщатися в неоднорідному магнітному полі. Радіальні лопаті 21, розташовані на ободі дискового ротора 8, збільшують його тепловіддачу і створюють примусову циркуляцію нагрітої рідини. Магнітна індукція в зазорі між магнітопроводами 3,4 матиме пилковидний вигляд: між зубцями 25 максимальне значення Вmах, а між пазами 24 - мінімальне значення Вmin. Таким чином, при обертанні внеоднорідному магнітному полі індукція в дисковому роторі 8 пульсує, не змінюючи знака від Вmax до Βmin. її можна представити в вигляді двох складових: змінної з амплітудою B~= 0,5 (Bmax - Bmin) і постійної, рівній + Β= = 0,5 (Вmах Вmіn). Змінна складова магнітного поля індукує в дисковому роторі 8, а переважно у зовнішньому шарі з високою електропровідністю, ЕРС і вихрові струми частотою f=Zn, де Ζ - кількість зубців на кожному магнітопроводі індуктора; n - частота обертання дискового -1 ротора, с . Вихрові струми за законом Джоуля-Ленца нагрівають дисковий ротор, переважно його поверхню, а від нього нагрівається рідина в ємності, яка може використовуватися для обігріву споруд, парників та теплиць. Постійна складова магнітного потоку ніяких ЕРС не індукує, тому ця частина магнітного потоку не приймає участі в перетворенні енергії вітру в теплоту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 60 1. Присадибний когенераційний вітропарк, що містить декілька вітротеплових установок з вітродвигуном та індукційним перетворювачем енергії вітру в теплоту, який складається з 2 UA 95186 U 5 дискових магнітопроводів з зубчастою будовою прилеглих поверхонь і індукційними обмотками збудження в кільцевих канавках, металевого дискового ротора, розташованого співвісно з дисковими магнітопроводами в ємності з теплоакумулюючою рідиною, з можливістю вільного обертання між ними, з'єднаного кінематично з валом вітродвигуна, який відрізняється тим, що додатково містить принаймні один автономний вітроелектрогенератор, обмотки збудження кожного індукційного перетворювача енергії вітру в теплоту через випрямляч і регулятор потужності приєднані до статорної обмотки вітроелектрогенератора. 2. Присадибний когенераційний вітропарк за п. 1, який відрізняється тим, що використаний багатополюсний синхронний електрогенератор із збудженням від постійних магнітів. 3 UA 95186 U 4 UA 95186 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5